1樓:
完全互溶雙液系氣液平衡相圖的繪製
報告人: 同組人: 實驗時間2023年05月24日
1.測定常壓下環己烷-乙醇二元系統的氣液平衡資料,繪製沸點-組成相圖.
2.掌握雙組分沸點的測定方法,通過實驗進一步理解分餾原理.
3.掌握阿貝折射儀的使用方法.
二.實驗原理
兩種液體物質混合而成的兩組分體系稱為雙液系.根據兩組分間溶解度的不同,可分為完全互溶、部分互溶和完全不互溶三種情況.兩種揮發性液體混合形成完全互溶體系時,如果該兩組分的蒸氣壓不同,則混合物的組成與平衡時氣相的組成不同.
當壓力保持一定,混合物沸點與兩組分的相對含量有關.
恆定壓力下,真實的完全互溶雙液系的氣-液平衡相圖(t-x),根據體系對拉烏爾定律的偏差情況,可分為三類:
(1)一般偏差:混合物的沸點介於兩種純組分之間,如甲苯-苯體系,如圖1(a)所示.
(2)最大負偏差:混合物存在著最高沸點,如鹽酸-水體系,如圖1 (b)所示.
(3)最大正偏差:混合物存在著最低沸點,如正丙醇—水體系,如圖1(c))所示.
圖1 完全互溶雙液系的相圖
對於後兩種情況,為具有恆沸點的雙液系相圖.它們在最低或最高恆沸點時的氣相和液相組成相同,因而不能象第一類那樣通過反覆蒸餾的方法而使雙液系的兩個組分相互分離,而只能採取精餾等方法分離出一種純物質和另一種恆沸混合物.
為了測定雙液系的t-x相圖,需在氣-液平衡後,同時測定雙液系的沸點和液相、氣相的平衡組成.
本實驗以環己烷-乙醇為體系,該體系屬於上述第三種型別,在沸點儀(如圖2)中蒸餾不同組成的混合物,測定其沸點及相應的氣、液二相的組成,即可作出t-x相圖.
本實驗中兩相的成分分析均採用折光率法. 圖2
折光率是物質的一個特徵數值,它與物質的濃度及溫度有關,因此在測量物質的折光率時要求溫度恆定.溶液的濃度不同、組成不同,折光率也不同.因此可先配製一系列已知組成的溶液,在恆定溫度下測其折光率,作出折光率-組成工作曲線,便可通過測折光率的大小在工作曲線上找出未知溶液的組成.
三.儀器與試劑
沸點儀,阿貝折射儀,調壓變壓器,超級恆溫水浴,溫度測定儀,長短取樣管.
環己烷物質的量分數x環己烷為0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0的環己烷-乙醇標準溶液,各種組成的環己烷-乙醇混和溶液.
四.實驗步驟:
1.環己烷-乙醇溶液折光率與組成工作曲線的測定
調節恆溫槽溫度並使其穩定,阿貝折射儀上的溫度穩定在某一定值,測量環己烷-乙醇標準溶液的折光率.為了適應季節的變化,可選擇若干溫度測量,一般可選25°C、30°C、35°C三個溫度.
2.測定待測溶液沸點和折光率
(1)無水乙醇沸點的測定
將乾燥的沸點儀安裝好.從側管加入約20ml無水乙醇於蒸餾瓶內,並使感測器(溫度計)浸入液體內.冷凝管接通冷凝水.
按恆流源操作使用說明,將穩流電源調至1.8-2.0a,使加熱絲將液體加熱至緩慢沸騰.
液體沸騰後,待測溫溫度計的讀數穩定後應再維持3~5min以使體系達到平衡.在這過程中,不時將小球中凝聚的液體傾入燒瓶.記下溫度計的讀數,即為無水乙醇的沸點,同時記錄大氣壓力.
(2)測定系列濃度待測溶液的沸點和折光率
同(1)操作,從側管加入約20ml預先配製好的1號環己烷-乙醇溶液於蒸餾瓶內,並使感測器(溫度計)浸入溶液內,將液體加熱至緩慢沸騰.因最初在冷凝管下端內的液體不能代表平衡氣相的組成,為加速達到平衡,須連同支架一起傾斜蒸餾瓶,使小槽中氣相冷凝液傾回蒸餾瓶內,重複三次(注意:加熱時間不宜太長,以免物質揮發),待溫度穩定後,記下溫度計的讀數,即為溶液的沸點.
切斷電源,停止加熱,分別用吸管從小槽中取出氣相冷凝液、從側管處吸出少許液相混液,迅速測定各自的折光率.剩餘溶液倒入**瓶.
按1號溶液的操作,依次測定2、3、4、5、6、7、8號溶液的沸點和氣-液平衡時的氣,液相折光率.
(3)環己烷沸點的測定
同(1)操作,測定環己烷的沸點.測定前應注意,必須將沸點儀洗淨並充分乾燥.
五.實驗結果與資料處理
恆溫槽溫度: 29.15 °C 大氣壓: 97.40 kpa
環己烷沸點:76.1 °C 無水乙醇沸點 79.2°C
表1 環己烷-乙醇標準溶液的折光率
x環己烷 0 0.25 0.5 0.75 1.0
折光率 1.3475 1.3658 1.3854 1.4075 1.4280
表2 環己烷-乙醇混和液測定資料
混和液編號 混合液近似組成x環己烷 沸點/°C 液相分析 氣相冷凝分析
折光率 x環己烷 折光率 y環己烷
1 74.6 1.3575 0.1215 1.3631 0.2256
2 71.1 1.3605 0.1678 1.3745 0.3589
3 64.8 1.3730 0.3205 1.3838 0.4568
4 63.8 1.3863 0.5012 1.3950 0.6007
5 62.5 1.3965 0.6105 1.3975 0.6322
6 62.6 1.4021 0.6859 1.4005 0.6689
7 69.7 1.4175 0.8803 1.4085 0.7602
8 72.5 1.4218 0.9287 1.4107 0.8009
1.作出環己烷-乙醇標準溶液的折光率-組成關係曲線.
2.根據工作曲線插值求出各待測溶液的氣相和液相平衡組成,填入表中.以組成為橫軸,沸點為縱軸,繪出氣相與液相的沸點-組成(t-x)平衡相圖.
3.由圖找出其恆沸點及恆沸組成.
答:由圖知:恆沸點為62.5°C,恆沸點組成為x環己烷=0.57
六.注意事項
1.加熱電阻絲一定要被欲測液體浸沒,否則通電加熱時可能會引起有機液體燃燒;所加電壓不能太大,加熱絲上有小氣泡逸出即可.
2.取樣時,先停止通電再取樣.
3.每次取樣量不宜過多,取樣管一定要乾燥,不能留有上次的殘液,氣相部分的樣品要取乾淨.
4.阿貝折射儀的稜鏡不能用硬物觸及(如滴管),擦拭稜鏡需用擦鏡紙
七.思考題
1.取出的平衡氣液相樣品,為什麼必須在密閉的容器中冷卻後方可用以測定其折射率?
答:因為過熱時將導致液相線向高溫處移動,氣相組分含有的易揮發成份偏多,該氣相點會向易揮發組分那邊偏移.所以要在密閉容器中冷卻.
2.平衡時,氣液兩相溫度是否應該一樣,實際是否一樣,對測量有何影響?
答:不一樣,由於儀器保溫欠佳,使蒸氣還沒有到達冷凝小球就因冷凝而成為液相.
3.如果要測純環己烷、純乙醇的沸點,蒸餾瓶必須洗淨,而且烘乾,而測混合液沸點和組成時,蒸餾瓶則不洗也不烘,為什麼?
答:測試純樣時,如沸點儀不乾淨,所測得沸點就不是純樣的沸點.測試混合樣時,其沸點和氣、液組成都是實驗直接測定的,繪製影象時只需要這幾個資料,並不需要測試樣的準確組成,也跟式樣的量無關.
4.如何判斷氣-液已達到平衡狀態?討論此溶液蒸餾時的分離情況?
答:當溫度計讀數穩定的時候表示氣-液已達到平衡狀態;
5.為什麼工業上常產生95%酒精?只用精餾含水酒精的方法是否可能獲的無水酒精?
答:因為種種原因在此條件下,蒸餾所得產物只能得95%的酒精.不可能只用精餾含水酒精的方法獲得無水酒精,95%酒精還含有5%的水,它是一個沸點為的共沸物,在沸點時蒸出的仍是同樣比例的組分,所以利用分餾法不能除去5%的水.
工業上無水乙醇的製法是先在此基礎上加入一定量的苯,再進行蒸餾.
當液體達到動態平衡時氣液兩相的溫度相等嗎
2樓:永久啊都是
相等的。氣液平衡 vapour-liquid equilibrium又稱汽液平衡。是由n個組分的混合物構成一個封閉系統,並有氣-液兩相共存,一定的溫度和壓力下,兩相達到平衡時,各組分在汽液兩相中的化學位趨於相等。
或運用逸度更為方便:在混合物中i組分在氣相和液相中的逸度相等,稱氣液平衡。
氣液兩相平衡時,氣液兩相的溫度相同,為什麼氣相組成大於液相組成? 5
3樓:匿名使用者
理想氣體的狀態方程是pv=rt,平衡肯定p相同,t又相同,r是常數,所以相同質量下,氣體大於液體
怎樣判斷氣液兩相達到平衡,如何判斷氣液相已達到平衡
溫度計的讀數基本不再變化就可以認為氣液兩相基本上達到平衡了 液相或汽相中其各組分的濃度恆定不變 如何判斷氣液相已達到平衡 5 在恆定的溫bai度和壓力下,氣du 液兩相發生接觸後zhi,吸收質由dao 氣相向液相轉移,隨專液體中吸收屬質濃度的逐漸增高,吸收速率逐漸減小,解吸速率逐漸增大。經過相當長的...